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　　【机床商务网栏目 展会快报】编者按：CCMT2024(第十三届中国数控机床展览会)已于4月12日圆满落幕。展会期间，主办方中国机床工具工业协会有关分会组织人员针对本专业领域展品进行评述，现编发部分文章，供业界参考。文章观点仅代表作者本人。
 

　　第十三届中国数控机床展览会(CCMT2024)于2024年4月8日在上海新国际博览中心盛大开幕，吸引了来自28个国家和地区的近2000家机床工具企业同台竞技，德国、日本、瑞士、美国、西班牙、韩国、意大利、法国、捷克、印度、中国台湾地区和中国香港地区等12个国家和地区的机床工具行业协会和贸促机构组织展团参展，众多全球知名机床工具企业携其最新技术和产品悉数到场。
 

　　一、境内主要伺服驱动和电机展品特点

 

　　华中数控GM9系列交流伺服变频(主轴)电机由定子、转子、低噪音风机、高精度编码器(开环控制时不需要)等组成，在进行结构优化设计、磁路优化的基础上，采用F级特殊绝缘结构及整机加工和高精度动平衡工艺，GM9系列交流伺服变频(主轴)电机可与国内外各类高、中、低档变频器或主轴变频器配套，进行开环控制运行，或闭环控制运行，取得与配套普通交流变频电机完全不同的优异特性。
 

　　华中数控HSV-180UD系列伺服驱动单元为高压AC380V输入的伺服驱动单元，支持NCUC总线，有标准型及全功能型两个版本，可适配交流永磁同步伺服电机。
 

　　超同步Z18系列伺服主轴电机结构紧凑、性能优越、外形美观、效率高。电机高效率，功率密度高，低成本。优化定转子模型结构，转子闭口槽、减小高次谐波，降低高速噪音。无机壳，内置风道，高效散热。地脚与机体合一，增强抗震动性。内置高进度磁编码器，转速波动小。内置电机参数智能卡，免调试。
 

　　超同步S18系列永磁同步伺服电机具有高分辨率，内置高精度绝对值编码器，提高定位精度及低速运转稳定度，可进行高精度、高动态相应控制。低脉动转矩，电机低齿槽力设计，实现平稳运行。通过采用全新的磁场解析设计、电机加工工艺，减小了电机的转矩脉动，从而提高了速度的稳定性，减小了伺服系统转矩脉动。优化的电磁结构设计，伺服电机定子采用全新的叠压和拼接工艺，降低了电机温升，改善了电机的电磁特性，提高了效率和可靠性。
 

　　超同步D18系列伺服驱动器是一款具有丰富工业总线接口的高性能矢量伺服驱动器系列产品。可控制IM伺服电机、SPM伺服电机及IPM伺服电机。产品具有高匹配、高响应，让机械运动的更灵活。总线接口丰富：MechatroLink-Ⅲ、EtherCAT、ProfiNET、ModbusTCP。适配多种编码器，适配编码器反馈型号(TTL、1VPP、BISS-C、ENDAT2.2、SSI、RESOLVER、RS485)。
 

　　新代SMD多合一伺服驱动系列，传输介面升级为Mechatrolink III，满足各种应用伺服驱动规格，为不同行业伺服电机应用选配各种扩充卡，高自由度扩充功能，整合高速上位串列通讯介面，全新伺服调机工具Syntec Analytics，多种应用控制功能与简洁的操作界面。
 

　　新代主轴电机，具有高转速、高性能、高响应的优异表現，提供多款主轴电机系列满足不同应用需求。最高转速高达24000r/m，最大扭矩高达355Nm，支持KTY84温感侦测，保护性更高，提供220V、380V输入电压规格选配。
 

　　宁波菲仕Ultract Ⅲ系列标准交流永磁同步伺服电机具有7个基座型号，可满足于自动化工业过程运动控制的广泛需要，还能提供基于平台的全方位非标定制方案。具有较高的转矩/体积比和功率/体积比，是普通电机的2-3倍。转动惯量低，运行噪音小，响应速度快，定位精度高。自由选择冷却方式，支持自然冷、风冷、水冷、油冷。标配两种温度保护元件，防止电机过温运行。
 

　　宁波菲仕AxN系列伺服驱动器，内置PLC，可编程，一体化，速度快。高速电流环控制，电流环循环周期1µs(即刷新频率1000kHz)，实时性、高响应控制。位置和速度双环并联控制，同时规划位置及速度曲线，提高速度响应特性。高速弱磁控制，内置快速过压保护模块，弱磁倍数从1.5倍提高至10倍，实现伺服电机的高速弱磁运行功能，提高伺服电机的速度范围及高速过载性能。
 

　　迈信EP5S伺服主轴功率范围3.7-15kW；支持异步主轴、同步主轴、电主轴；支持双编码器接口、全闭环控制；支持位置、速度、扭矩控制模式；支持电机参数自学习、环路参数自整定；窄体结构设计、节省安装空间；EtherCAT总线控制。MS系列为中小惯量、高转速、高加减速伺服电机，更加适用于自动化行业。MA系列为中小惯量、中转速、小电流伺服电机，更加适用于机床行业。采用最新五对极电磁方案，低温升，低齿槽转矩脉动。标配油封，IP65防护等级，更好的环境适应性。标配23bit增量细分式编码器和23bit多圏绝对值编码器，可选标准增量式编码器2500CT，省线增量式编码器 2500CT，或者旋转变压器编码器。
 

　　登奇电机GK9，5对极，自然冷却，额定5000r/min，宽弱磁范围进给电机可用于机床进给轴和刀具主轴。GK9高功率密度高响应永磁伺服电机，汲取公司GK6、GK8系列市场广泛应用的经验，高密聚磁优化设计，采用高单位体积铁磁材料密度结构，直接导热定子绝缘系统，整圆大口无齿槽转矩。材料品质高，转矩脉动低0.8%/0.3%互换性高，工艺严谨。
 

　　沈阳中科GJ系列交流永磁同步伺服电动机采用高性能的稀土永磁材料，具有高转矩惯量比、低速特性好、过载能力强等特点。GJS3系列伺服驱动器是公司自主研发的“蓝天数控”同服产品的第三代产品。该系列伺服驱动器搭载TI公司生产的高性能32位浮点DSP处理器，实现全数字控制。采用高性能的电机控制算法，具备良好的鲁棒性和自适应能力，适用于数控机床印刷机械、包装机械、造纸机械、塑料机械、纺织机械、木工机械工业机器人和自动化生产线等。
 

二、境外主要伺服驱动和电机展品特点
 

　　西门子SIMOTICS GP通用电机，铝壳标准电机适用于工业环境中的各种标准驱动任务。电机的设计和结构确保了更佳的灵活性和较低的安装成本。该款电机具有一体式吊环、活动底脚、优异机械性能的强化轴承和护罩以及灵活的接线盒。可以轻松添加编码器、制动器和独立驱动风扇。由于重量较轻该款电机主要应用于泵、风扇和压缩机，还可以部署在输送机系统和起重设备中。
 

　　西门子SINAMICS S200伺服驱动系统是一款优化而高效的系统解决方案。该系统包括SINAMICSS200伺服驱动器、SIMOTICS S-1FL伺服电机和MotionConnect 电缆。其功率范围为0.1-7kW，配备有PROFINET IRT和脉冲序列等多种通信选项，专为满足各种标准应用而设计。
 

　　三菱Super Line Eco系列全封闭风扇冷却式SF-HR高性能节能型电机采用独有的节能和高性能技术，实现绿色环保和高效率的加工条件。三菱伺服拥有多种电机(旋转电机、线性电机、直接驱动式电机)以实现较佳机器性能。FR-F800系列变频器是传承创新、节能增效、绿色环保的新一代变频器，呈现更显著的节能效果。
 

　　发格电机完美匹配各类机床主轴，可靠性高且性能佳，功率范围宽。这些电机与QUERCUS驱动器相结合，组成一个可靠、紧凑和高性能的驱动系统。驱动器采用模块化可堆叠设计。直接连接到电源总线，为电动机提供可变频率的三相电源，控制速度和位置。这些紧凑型电机不需要任何额外的冷却，部分型号提供强制通风，有助于根据机床要求提高额定功率。
 

三、境内外伺服系统现状
 

　　从发展现状看，专用伺服系统市场规模持续提升。2020至2023年中国专用伺服市场规模扩大，主要因5G技术拉动3C电子制造设备行业蓬勃发展，推动行业整体市场快速回暖，对于专用伺服的需求大幅提升。预计2024年，我国专用伺服市场规模将继续扩大。
 

　　从市场竞争格局看，伺服系统尤其是伺服电机市场规模很大，但目前国内市场由国外品牌占据主导，日系和欧美系品牌占据约半数的市场份额，高端市场更是被西门子和施耐德等国际品牌垄断。随着行业整体技术水平的上升以及客户要求的提高，同质化、低质化的竞争方式难以为继，高端市场被国外垄断、中低端市场面临不健康竞争的情况也亟待改变。国内企业主要依靠价格和服务优势占据一定市场份额，外资企业产品价格昂贵，并且在市场中大部分是以分销代理商的模式销售伺服产品，整体对于专用伺服主要应用行业关注度相对较低，售后服务响应速度不及国内专用伺服厂家。在此背景下，营造良好的市场环境、加速国产替代进程，已经成为国内企业一致的诉求。
 

　　从市场需求来看，东部沿海地区需求潜力相对较大。伺服系统中游厂商对上游稀土磁材等原材料资源区域分布的依赖性并不显著，更多是以关键零部件以及中下游产业布局为导向形成集群效应。伺服系统作为工业自动化的核心部分，已经渗入产业链下游包括机床、电子制造设备、机器人等在内的多个应用场景。从下游企业需求分布来看，沿海地区下游企业数量较多，其中，广东、江苏、浙江、山东等地需求较为旺盛。
 

　　四、伺服系统发展趋势分析
 

　　1.网络化和模块化。现代工业局域网发展的重要方向和各种总线标准竞争的焦点就是如何适应高性能运动控制对数据传输实时性、可靠性、同步性的要求。随着国内对大规模分布控制装置的需求上升、高档数控系统的开发成功，网络化数字伺服的开发已成为当务之急。模块化不仅指伺服驱动模块、电源模块、再生制动模块、通讯模块之间的组合方式，而且指伺服驱动器内部软件和硬件的模块化和可重用。
 

　　2.预测性维护技术发展迅速。随着机器安全标准的不断发展，传统的故障诊断和保护技术(问题发生的时候判断原因并采取措施避免故障扩大化)已经落伍，最新的产品嵌入了预测性维护技术，使得人们可以通过网络及时了解重要技术参数的动态趋势，并采取预防性措施。比如:关注电流的升高，负载变化时评估峰值电流，外壳或铁芯温度升高时监视温度传感器，以及对电流波形发生的任何畸变保持警惕。数字孪生技术是预测性维护技术的重要组成部分。数字孪生是物理资产的虚拟模型，可以模拟资产的运行状况和故障模式。企业可以使用数字孪生技术来测试不同的维护策略，并优化维护计划。
 

　　3．采用新型电力电子器件步伐加快。逆变器是交流伺服系统中至关重要的一个环节。一般来说，逆变器的开关频率越高，伺服系统的性能越好，所以，碳化硅、氮化镓等第三代电力电子器件替代传统的硅器件以提升开关频率，逐渐成为近年来的产业发展方向。同时，功率半导体器件也不断向集成化、模块化发展，逆变器的体积也将逐渐缩小。新型电力电子器件的出现与应用将使伺服系统性能更佳，体型更小。
 

　　4.智能化趋势明显。先进的控制器将兼容多种型号的电机，实现电机参数的离线或在线辨识，具备先进的参数自整定功能，以省去用户反复调参的步骤，且电机参数与每次调试的控制器参数都可被储存在Fash当中，以便下次使用。这样具备参数记忆与参数自整定功能的高度智能化的控制器必将成为将来伺服驱动市场的主流。
 

　　5.数字化进程加快。近年来，DSP、MCU的功能不断完善、价格不断下降，越来越多的芯片支持浮点运算，用户可快速编写程序而不受定点运算的限制，简化了开发过程的同时也使得更多的现代先进算法得以在数字系统中实现。一些芯片甚至有专门针对电机控制的开发板以及软件平台，可实现控制系统参数的在线调试、波形观测以及电机参数的在线识别等功能，使得电机的数字化伺服系统实现更为简便，缩短了开发周期的同时，进一步推动了伺服系统的数字化进程。
 

　　6.定制化和多样化。为某种特定应用场合设计的定制化伺服电机比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形状、不同表面粘接结构(SPM)和嵌入式永磁(IPM)转子结构的电机出现，分割式铁芯结构工艺的使用使永磁无刷伺服电机的生产实现了高效率、大批量和自动化，并引起国内厂家和市场的关注。
 

　　7.小型化和大型化。无论是永磁无刷伺服电机还是步进电机都积极向更小的尺寸发展，比如20mm、28mm、35mm外径，同时也在发展更大功率和尺寸的机种，已经看到500kW永磁伺服电机的出现，体现了向两极化发展的倾向。
 

　　五、结论
 

　　作为数控机床的重要功能部件，伺服系统的特性一直是影响系统加工性能的重要指标。围绕伺服系统动态特性与静态特性的提高，近年来开展了多种伺服驱动技术。可以预见随着超高速切削、超精密加工、网络制造等先进制造技术的开展，具有网络接口的全数字伺服系统、直线电动机及高速电主轴等将成为数控机床行业关注的热点，并成为伺服系统的发展方向。
 

　　目前国内企业在伺服电机的相关技术上，已经取得了不小的突破，国家推动伺服电机国产替代的速度将加快。从伺服电机的行业格局来看，国产替代将释放百亿级的市场增量空间。另外结合当前的经济环境和产业政策来看，政府短期内有望出台更多措施，全面推动伺服电机国产替代，行业内优秀的国产企业有望长期受益。
 

　　来源：协会数控系统分会(超同步 李龙云 牛亚萍)